(57)【要約】【課題】  安価に且つ新たな工程を付加することなく鋳片表面の酸化スケール層を生成させ、それによってＨＣＲやＤＨＣＲを実施することのできる、表面性状に優れた連続鋳造鋳片の製造方法を提供する。【解決手段】  連続鋳造機１にて鋳片１８を二次冷却するに際し、スプレイノズル１６から鋳片に向けて噴射する冷却媒体として飽和水蒸気或いは過熱水蒸気を用いる。水蒸気で冷却するので、スケールの生成に影響する水蒸気分圧を高くすることができ、鋳片表面で生成するスケールの厚みが水スプレイの場合に比べて厚くなり、鋳片表層及び鋳片表層直下に存在する割れ、非金属介在物、スラグなどの欠陥がスケール層とともに剥離・除去される。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造機にて鋳片を二次冷却するに際し、スプレイノズルから鋳片に向けて噴射する冷却媒体として飽和水蒸気或いは過熱水蒸気を用いることを特徴とする、連続鋳造鋳片の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面性状の良好な鋳片を得ることのできる連続鋳造鋳片の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、鋼の連続鋳造においては、鋳型から引き抜かれた高温の鋳片を可能な限り高温状態で保持することによって、熱間圧延時での加熱炉エネルギーの使用量を低減するといった試みがなされている。具体的には、ホットチャージ圧延（ＨＣＲ）或いは直接圧延（ＤＨＣＲ）と呼ばれている方法であり、省エネルギーに有効なプロセスである。
【０００３】
このＨＣＲやＤＨＣＲを行う上で課題となる事項は、通常の方法、即ち高温の鋳片を常温程度まで放冷した後に加熱炉で所定の温度まで加熱して熱間圧延を行う方法と比較して、鋳片を高温で保持する時間が短くなるので、熱間圧延前までに鋳片表面に生成する酸化スケールの量が減少することである。このため、鋳片表層や表層直下に存在する割れ、非金属介在物、スラグなどの欠陥が酸化スケールの生成に伴って剥離、除去される確率が減少し、その結果、熱間圧延後の鋼材においては表面欠陥の顕在化が増加して、歩留まりの低下を招く。これを抑制する目的で、従来、鋳造速度の上限値の規制、モールドフラックスの適正化、鋳型内溶鋼流動の最適化などの対策が講じられている。
【０００４】
しかしながら、これらの対策を実施した場合でも鋳片の表面欠陥を完全には防止できず、熱間圧延時に表面欠陥が予測される場合にはＨＣＲやＤＨＣＲの適用を避け、鋳片を一旦冷却するか或いは鋳片表面をスカーフィングしたりして、熱間圧延前に鋳片の表面欠陥を取り除く工程を組み込む必要があった。
【０００５】
このような不具合を解消する方法として、例えば特許文献１には、連続鋳造機の二次冷却帯内で高温の鋳片に対して高圧空気を噴射することにより、鋳片表面に付着したモールドパウダーを剥離させて表面性状に優れる鋳片を製造する方法が提案されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１の方法では、空気を単に吹き付けるものであるため、当然のことながら、鋳片表層や表層直下に存在する前述のような欠陥を全て除去できるものではない。
【特許文献１】特開昭６３−２４８５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、新たな工程を付加することなく、鋳片表面の酸化スケール層を生成させ、それによってＨＣＲやＤＨＣＲを実施することのできる、表面性状に優れた連続鋳造鋳片を製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は、新たな工程を付加することなく表面性状に優れた鋳片の製造方法の確立を目的として、連続鋳造機の二次冷却帯内における鋳片表面での酸化スケールの生成促進に関して種々検討を加えた。その結果、酸化スケールの生成速度に及ぼす酸素分圧（ＰO2）や水蒸気分圧（ＰH2O ）などの影響因子のうちで、特に水蒸気分圧（ＰH2O ）の影響が大きいとされる従来の知見（例えば、本発明者等の出願による特開平９−２７１９１７号公報）から、連続鋳造機の二次冷却における冷却媒体としては水蒸気が有効であることを見出した。即ち、冷却媒体として水蒸気を用いることで、鋳片の冷却即ち凝固の促進と、鋳片表面での酸化スケールの生成速度の向上とを両立できるとの知見を得た。
【０００９】
通常、表面温度が８００℃を超える高温の鋳片に水を吹き付けると、鋳片と水或いは水膜との間に蒸気膜が形成され、熱移動即ち鋳片の冷却はこの蒸気膜を介して行われることになる。この結果、水の蒸発潜熱の利用が不十分になってしまい、従って、冷却能力を高めるためには、鋳片への水の衝突圧即ち流速を高めて、この蒸気膜厚さを減少させ更には破壊して鋳片表面と水とを直接接触させる必要がある。
【００１０】
このような高圧水の使用によって、鋳片の冷却速度が向上すること、並びに、鋳片表面での酸化スケールの除去効果が高くなることは期待できるものの、鋳片表面における酸化スケールの生成速度の向上は期待できない。何故なら、前述のように高圧水を使用することによって蒸気膜が少なくなり、鋳片表面は蒸気膜で覆われることがないか或いは蒸気膜の面積が小さくなり、酸化スケールの生成に効果的である、鋳片表面における水蒸気分圧（ＰH2O ）が低下してしまうからである。
【００１１】
この点、水蒸気を使用した場合には、水の場合と異なり蒸発潜熱による冷却効果は本来期待できないことから、冷却能力を高めるためには鋳片への水蒸気の衝突圧（＝流速）を高める必要があるが、気体であるために水と比較して容易に数倍〜数十倍の流速を得ることが可能となる。しかも、この場合に鋳片表面における水蒸気分圧（ＰH2O ）は低下することがない。即ち、二次冷却の媒体として水蒸気を用いることで、スケールの生成速度を低下させることなく、二次冷却強度を高めることが可能であり、水蒸気の方が通常用いられている水スプレイよりも二次冷却の冷却媒体として優位であるとの知見を得た。
【００１２】
そこで、この事象を確認するために、基礎実験を実施して酸化スケールの生成速度を調査した。約１，０００℃の高温鋳片を冷却する基礎実験において、冷却媒体として水を用いた場合と、約１６０℃の飽和水蒸気を用いた場合とで生成スケール厚みを比較した結果、水蒸気を冷却媒体として用いることでスケールの生成速度は水を用いた場合の約１．２倍に達することが確認できた。
【００１３】
このことは、前述したように高温域では一般に膜沸騰伝熱になっていることから判断すると、水を用いた場合でも鋳片表面は水蒸気で覆われていると考えられるため、水と水蒸気とで鋳片表面の水蒸気分圧（ＰH2O ）に差があるとは考えにくい。一方、同一スプレイノズルを用いた場合、冷却媒体の鋳片表面への衝突流速は前述のように水蒸気のそれは水と比較して数倍〜数十倍速くなることから、冷却媒体として水蒸気を用いた場合には、酸化スケールの除去と生成とが繰り返し発生し、これによって酸化スケールの生成速度が向上したものと考えられる。
【００１４】
本発明は、上記検討結果に基づいてなされたものであり、本発明に係る連続鋳造鋳片の製造方法は、連続鋳造機にて鋳片を二次冷却するに際し、スプレイノズルから鋳片に向けて噴射する冷却媒体として飽和水蒸気或いは過熱水蒸気を用いることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、連続鋳造機で鋳造されている鋳片の表面で生成するスケールの厚みが水スプレイの場合に比べて厚くなり、鋳片表層及び鋳片表層直下に存在する割れ、非金属介在物、スラグなどの欠陥がスケール層とともに剥離・除去されるので、新たな工程を付加することなく、連続鋳造鋳片の表面欠陥を大幅に低減することが可能となる。その結果、ＨＣＲ及びＤＨＣＲを適用した場合でも、熱間圧延後の鋼材の表面欠陥を低減することが達成され、製品歩留まりの向上のみならずＨＣＲ及びＤＨＣＲのメリットを享受することが可能になるなど、工業上有益な効果がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明の実施に好適な連続鋳造機の概略断面図である。
【００１７】
図１に示すように、スラブ鋳片を鋳造するための連続鋳造機１には、溶鋼１７を注入して凝固させるための鋳型４が設置されており、この鋳型４の上方には、取鍋（図示せず）から溶鋼１７を受け、受けた溶鋼１７を浸漬ノズル３を介して鋳型４に供給するタンディッシュ２が配置され、一方、鋳型４の下方には、対向する一対のロールを１組として複数組の鋳片支持ロール５が設置されている。そして、鋳片支持ロール５の下流側には、複数本の搬送ロール６と、搬送ロール６の上方に位置して鋳片１８の鋳造速度と同期するガス切断機７とが設置されている。又、鋳片支持ロール５には、鋳型４の直下から下流側に向かって、第１冷却ゾーン８，８、第２冷却ゾーン９，９、第３冷却ゾーン１０，１０、第４冷却ゾーン１１，１１、第５冷却ゾーン１２，１２、及び第６冷却ゾーン１３，１３の合計１２箇所に分割された冷却ゾーンからなる二次冷却帯が設置されている。
【００１８】
二次冷却帯の各冷却ゾーンは、図１の第１冷却ゾーン８に例示するように、二次冷却の冷却媒体を供給するための冷却媒体配管１４が設置され、冷却媒体配管１４の枝分かれした各先端部には、鋳片１８の表面に対向してスプレイノズル１６が設置されており、また、冷却媒体配管１４の冷却媒体供給側は、水を供給するための供給配管１４ａと水蒸気を供給するための供給配管１４ｂとの２つに分岐し、水を供給するための供給配管１４ａには流量調整弁１５ａが配置され、水蒸気を供給するための供給配管１４ｂには流量調整弁１５ｂが配置されている。即ち、流量調整弁１５ａ及び流量調整弁１５ｂを調整することで、水または水蒸気の何れか一方、或いは、水と水蒸気との混合体を冷却媒体として供給することが可能な構造になっている。冷却媒体としての水または水蒸気或いは水と水蒸気との混合体は、スプレイノズル１６から鋳片１８の表面に向けて噴射される。図１では図示していないが、第２冷却ゾーン９から第６冷却ゾーン１３の全ての冷却ゾーンがこのような構造になっている。
【００１９】
尚、鋳片表面温度や酸化スケール生成量を制御する観点からは、各冷却ゾーンともに上記のように冷却媒体の種類及び流量を制御できるようにするのが望ましいが、必ずしも全ての冷却ゾーンをこのような構造にする必要はなく、一部の冷却ゾーンでは従来の水スプレイとしてもよい。また、冷却媒体として水蒸気のみを供給する構造としてもよい。また更に、冷却ゾーンの設置数は図１では合計１２であるが、連続鋳造機１の機長などに応じて幾つに分割してもよい。
【００２０】
このような構成の連続鋳造機１において、以下のようにして連続鋳造鋳片を鋳造する。即ち、タンディッシュ２から浸漬ノズル３を介して鋳型４に溶鋼１７を鋳造する。鋳型４に鋳造された溶鋼１７は鋳型４で冷却されて凝固シェル１９を形成し、内部に未凝固層２０を有する鋳片１８として、鋳片支持ロール５に支持されつつ下方に連続的に引き抜かれる。鋳片１８は鋳片支持ロール５を通過する間、飽和水蒸気或いは過熱水蒸気を冷却媒体として用いた二次冷却帯で冷却され、凝固シェル１９の厚みを増大して、やがて中心部までの凝固を完了する。この場合、ＨＣＲ或いはＤＨＣＲを実施するときには、鋳片１８ａの温度を高めることが望ましく、従って、高温の鋳片１８ａを得るために凝固完了位置２１を連続鋳造機１の出側に位置させることが好ましい。このようにして鋳造した鋳片１８をガス切断機７により切断して鋳片１８ａを得る。鋳片１８ａは、ＨＣＲ或いはＤＨＣＲ、若しくは、通常の方法即ち鋳片１８ａを常温程度まで放冷した後に加熱炉で加熱して熱間圧延を行う方法により、次工程で熱間圧延される。ここで、飽和水蒸気とは、蒸気が飽和した状態の水蒸気であり、過熱水蒸気とは、蒸気の飽和温度以上に加熱された状態の水蒸気である。
【００２１】
このように、本発明では連続鋳造機１の二次冷却帯における二次冷却媒体として水蒸気を使用するので、二次冷却帯で冷却される鋳片１８の表面では水蒸気分圧（ＰH2O ）が高く維持され、鋳片１８の表面で生成するスケールの厚みが水スプレイの場合に比べて厚くなり、鋳片１８の表層及び表層直下に存在する割れ、非金属介在物、スラグなどの欠陥がスケール層とともに剥離・除去されるので、新たな工程を付加することなく、連続鋳造機１から排出される鋳片１８ａの表面欠陥を大幅に低減することが可能となる。その結果、ＨＣＲ及びＤＨＣＲを適用した場合でも、熱間圧延後の鋼材の表面欠陥を低減することが達成され、製品歩留まりの向上のみならずＨＣＲ及びＤＨＣＲのメリットを享受することが可能になる。また、水蒸気は水に比べて供給圧力の変更幅を大きくすることが可能であり、スプレイノズル１６から鋳片１８に向けて噴射する水蒸気の圧力を任意に変更することによって所定の冷却強度を得ることができるので、鋳造速度の上限を設定する必要もなく鋳造することができる。
【００２２】
尚、上記説明はスラブ鋳片に関して行ったが、ブルーム鋳片及びビレット鋳片であっても上記に沿って本発明を適用することができる。
【実施例１】
【００２３】
鋳片の厚みが２６０ｍｍ、鋳片の幅が１，２００ｍｍ〜１，５００ｍｍである、図１に示すスラブ連続鋳造機を用いて表１に示す低炭素鋼の連続鋳造を行い、得られた鋳片をＤＨＣＲして、最終的に厚みが０．８ｍｍ〜１．５ｍｍの冷延鋼板を製造した。そして、得られた冷延鋼板において、へゲやスリーバーといった表面欠陥の発生状況について調査した。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
鋳造速度は１．８ｍ／分、加熱炉への鋳片の平均装入温度は８８０℃〜９２０℃、在炉時間は８０分〜９０分、炉内温度は１，１５０℃とした。この実施例では、２ストランドのスラブ連続鋳造機を用い、一方のストランドに本発明方法を適用して二次冷却の冷却媒体として全ての冷却ゾーンで飽和水蒸気（温度１７０℃）を用い（本発明例）、もう一方のストランドでは通常の水スプレイによる二次冷却を行った（比較例）。鋳造条件及び冷延鋼板における表面欠陥の発生率を表２に示す。
【００２６】
【表２】
2006181583.tif 000004
【００２７】
表２から明らかなように、本発明例では比較例に対して冷延鋼板での表面欠陥率の大幅な低減が認められた。これは、冷却媒体として水蒸気を使用したことによって鋳片表面の酸化スケールの生成が促進され、表面欠陥が全て除去できる程度まで酸化スケール厚みを確保できたことによる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施に好適な連続鋳造機の概略断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  連続鋳造機
２  タンディッシュ
３  浸漬ノズル
４  鋳型
５  鋳片支持ロール
６  搬送ロール
７  ガス切断機
８  第１冷却ゾーン
９  第２冷却ゾーン
１０  第３冷却ゾーン
１１  第４冷却ゾーン
１２  第５冷却ゾーン
１３  第６冷却ゾーン
１４  冷却媒体配管
１５ａ，１５ｂ  流量調整弁
１６  スプレイノズル
１７  溶鋼
１８  鋳片
１９  凝固シェル
２０  未凝固層
２１  凝固完了位置
【図１】
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